張群健*

(中鐵五局(集團(tuán))有限公司，湖南長(zhǎng)沙410117)

鐵路隧道斷面局部加寬是常見(jiàn)的事情，有下錨段、供電上網(wǎng)段、運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)段、開(kāi)關(guān)段以及車(chē)站。但隨著鐵路建設(shè)的發(fā)展，鐵路網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越密集，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)作為打通各線(xiàn)的通道，顯得越來(lái)越重要。有時(shí)受地形或者其他原因限制，不得不在隧道內(nèi)設(shè)置聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，因而使隧道斷面不斷加寬形成超大跨斷面。隧道斷面的大尺度加寬，給施工帶來(lái)很大困難，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，需要針對(duì)實(shí)際情況，研究新的施工方案來(lái)解決具體問(wèn)題。

1 工程概況

新考塘隧道起訖里程DK265 +762 ～DK268 +265，全長(zhǎng)2503 m，為贛龍鐵路全線(xiàn)控制性工程，位于福建省龍巖市新羅區(qū)龍門(mén)鎮(zhèn)境內(nèi)。新考塘隧道出口為贛龍復(fù)線(xiàn)鐵路與南龍鐵路上行聯(lián)絡(luò)線(xiàn)道岔進(jìn)隧道影響段，贛龍復(fù)線(xiàn)鐵路至南龍鐵路上行聯(lián)絡(luò)線(xiàn)在其正線(xiàn)右線(xiàn)出岔，贛龍正線(xiàn)右線(xiàn)與南龍鐵路上行聯(lián)絡(luò)線(xiàn)間距為0 ～10.3 m，采用突變截面形式加寬。

出口大跨段為淺埋、全風(fēng)化花崗巖地層，周邊環(huán)境和地質(zhì)條件較為復(fù)雜，地下水發(fā)育，存在塌方、突水突泥、地表失穩(wěn)、地面塌陷等風(fēng)險(xiǎn)。施工難度極大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，按Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道進(jìn)行管理。

2 超大斷面情況

加寬10.3 m 段屬超大跨斷面，最大開(kāi)挖斷面396.1 m2，最大開(kāi)挖寬度30.26 m，最大開(kāi)挖高度16.97 m，為目前在建的最大鐵路施工斷面。出口端DK268 +260 ～DK268 +265 為明洞，DK268 +260 ～DK268 +228 為暗挖，共計(jì)32 m。隧道加寬示意圖如圖1 所示，本文重點(diǎn)闡述加寬10.3 m 段的施工關(guān)鍵技術(shù)。

圖1 新考塘隧道加寬示意圖

3 施工步驟

超大斷面施工總體思路按照化大為小，分導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)，強(qiáng)基固頂，大方量掘進(jìn)。導(dǎo)洞劃分如圖2 所示。加寬10.3 m 段的主要施工步驟為:洞口防護(hù)工程→高壓水平旋噴樁→洞口長(zhǎng)管棚→左右下導(dǎo)洞分臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)→下導(dǎo)洞基底處理→靴形拱腳砼澆筑→左右上導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)→左右下導(dǎo)洞下部開(kāi)挖支護(hù)→中上導(dǎo)洞上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)→中上導(dǎo)洞下臺(tái)階開(kāi)挖→第二層初期支護(hù)→拆除臨時(shí)鋼架→中下導(dǎo)洞及仰拱開(kāi)挖和支護(hù)→仰拱及填充澆筑→拱墻二次襯砌→附屬工程。施工步序示意圖如圖3 所示。

圖2 各導(dǎo)洞位置關(guān)系圖

圖3 施工步驟橫斷面示意圖

4 主要施工方法

4.1 高壓水平旋噴樁加固

加寬10.3 m 段全風(fēng)化花崗巖地層設(shè)φ500 水平旋噴樁進(jìn)行預(yù)加固，其中，拱部120°范圍采用雙層水平旋噴樁，長(zhǎng)39 m，環(huán)向間距400 mm，樁體間咬合10 cm。

4.2 洞口長(zhǎng)管棚超前支護(hù)

如圖4 所示，拱部120°范圍雙層水平旋噴樁中間打設(shè)φ180 洞口長(zhǎng)管棚，內(nèi)置鋼筋籠，長(zhǎng)39 m，共75 根。

4.3 開(kāi)挖

(1)開(kāi)挖原則

開(kāi)挖采用機(jī)械開(kāi)挖，人工配合的原則，局部孤石采用松動(dòng)爆破。

(2)開(kāi)挖順序

圖4 高壓水平旋噴樁及長(zhǎng)管棚超前支護(hù)示意圖

底部1 號(hào)、2 號(hào)小導(dǎo)洞先行并同時(shí)開(kāi)挖，3 號(hào)、4號(hào)導(dǎo)洞在落后1 號(hào)、2 號(hào)導(dǎo)洞32 m 后同時(shí)并行開(kāi)挖，5 號(hào)導(dǎo)洞在3 號(hào)、4 號(hào)導(dǎo)洞第一層初期支護(hù)與小導(dǎo)洞靴型大基礎(chǔ)連接牢固后開(kāi)挖，6 號(hào)導(dǎo)洞在滯后5 號(hào)導(dǎo)洞15 m 后開(kāi)始開(kāi)挖。

(3)1 號(hào)、2 號(hào)導(dǎo)洞開(kāi)挖

1 號(hào)、2 號(hào)導(dǎo)洞采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法開(kāi)挖，每次開(kāi)挖進(jìn)尺不超過(guò)1.6 m，機(jī)械開(kāi)挖、人工修邊。上臺(tái)階核心土長(zhǎng)度3 m，中臺(tái)階距上臺(tái)階不超過(guò)5 m，下臺(tái)階距中臺(tái)階不超過(guò)5 m，仰拱距掌子面不超過(guò)35 m。仰拱施工至DK268 +228 后停止掌子面掘進(jìn)，開(kāi)始施工靴型大基礎(chǔ)。

(4)3 號(hào)、4 號(hào)導(dǎo)洞開(kāi)挖

3 號(hào)、4 號(hào)導(dǎo)洞采用環(huán)形開(kāi)挖，每次開(kāi)挖進(jìn)尺不超過(guò)0.8 m，機(jī)械開(kāi)挖、人工修邊。3 -2 部距3 -1部、4 -2 部距4 -1 不超過(guò)5 m，3 -3、4 -3 部在1號(hào)、2 號(hào)導(dǎo)洞靴型大基礎(chǔ)施工完成后開(kāi)始人工開(kāi)挖。

(5)5 號(hào)導(dǎo)洞開(kāi)挖

5 號(hào)導(dǎo)洞在3 號(hào)、4 號(hào)導(dǎo)洞的3 -3、4 -3 部開(kāi)挖支護(hù)完成后開(kāi)始開(kāi)挖，采用臺(tái)階預(yù)留核心土法開(kāi)挖，每次開(kāi)挖進(jìn)尺不超過(guò)0.8 m，機(jī)械開(kāi)挖、人工修邊。5 -1 部第一層初期支護(hù)完成后，開(kāi)始施工整環(huán)第二層初期支護(hù)，5 -1 部前進(jìn)5 -10 m 后開(kāi)始機(jī)械開(kāi)挖5 -2 部。

(6)6 號(hào)導(dǎo)洞開(kāi)挖

6 號(hào)導(dǎo)洞在5 號(hào)導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)15 m 后開(kāi)始機(jī)械開(kāi)挖，施工仰拱及填充。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 側(cè)導(dǎo)洞施工

(1)1 號(hào)、2 號(hào)側(cè)導(dǎo)洞最先施工。施工工法為大墻腳復(fù)合雙側(cè)壁法，噴射砼為C30 砼，靴型大邊墻采用C35 鋼筋砼。

(2)導(dǎo)洞采用超前小導(dǎo)管作為超前支護(hù)，小導(dǎo)管采用熱軋無(wú)縫鋼花管，單根長(zhǎng)4.5 m，外徑42 mm，壁厚3.5 mm。小導(dǎo)管環(huán)向間距40 cm，縱向搭接長(zhǎng)度按1.5 m 在拱頂140°設(shè)置。外插角為5 ～10°為宜，注漿材料采用水灰比為1∶1(重量比)的水泥漿液，注漿壓力:0.5 ～1.0 MPa。

(3)兩側(cè)導(dǎo)洞均采用三臺(tái)階法開(kāi)挖，仰拱及時(shí)封閉成環(huán)，每個(gè)臺(tái)階的距離不大于5 m，仰拱距掌子面距離不超過(guò)15 m。在開(kāi)挖過(guò)程中，嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺，上臺(tái)階每循環(huán)進(jìn)尺不超過(guò)1 榀鋼架距離，中、下臺(tái)階兩側(cè)錯(cuò)位開(kāi)挖，每循環(huán)不超過(guò)2 榀鋼架距離，仰拱及時(shí)跟進(jìn)閉合。

(4)為保證拱部第一層初支型鋼和第二層初支格柵鋼架能夠順利準(zhǔn)確地架立在靴型拱腳大基礎(chǔ)混凝土上，導(dǎo)洞初期支護(hù)型鋼與拱部鋼支撐應(yīng)進(jìn)行錯(cuò)位安裝。導(dǎo)洞進(jìn)入暗挖段施工后應(yīng)嚴(yán)格控制每一榀鋼架的安裝位置，左右側(cè)導(dǎo)洞型鋼和導(dǎo)洞內(nèi)左右兩邊腳趾里程應(yīng)嚴(yán)格保持一致。

(5)兩側(cè)導(dǎo)洞在大拱腳基礎(chǔ)混凝土拱部?jī)砷弯撝g利用簡(jiǎn)易木盒進(jìn)行預(yù)埋(便于正洞支護(hù)鋼架穿過(guò))，木盒尺寸60 cm ×60 cm，并用縱向連接鋼筋進(jìn)行定位加固，木盒100 cm ×100 cm 范圍內(nèi)取消鋼筋網(wǎng)片和連接鋼筋。

5.2 導(dǎo)洞基底加固

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求新考塘隧道DK268 +228 ～+260 段采用Φ89 鋼管樁進(jìn)行側(cè)洞基底加固，采用L=3 m 熱軋無(wú)縫鋼管，外徑89 mm，壁厚5.0 mm，鋼管間距采用1.5 m×1.5 m，梅花形布置。

(2)導(dǎo)洞底部基底注漿加固如圖5 所示。

圖5 導(dǎo)洞基底加固示意圖

5.3 靴型大邊墻基礎(chǔ)施工

靴型大邊墻施工圖如圖6 所示。

(1)靴型大邊墻基礎(chǔ)施工模板采用方形木板、竹膠板和鋼模板配合安裝。加固模架采用預(yù)彎的弧形槽鋼和若干輕型工字鋼或方木斜撐組成。

圖6 靴型大邊墻施工圖

(2)靴型大邊墻基礎(chǔ)施工時(shí)均從小里程方向往大里程端分段施工?；炷翝仓秩芜M(jìn)行澆筑，第一層高2.18 m，第二層高2.37 m，第三層高2.34 m。大邊墻環(huán)向施工縫與正洞二襯環(huán)向施工縫必須在同一里程上。

(3)施工時(shí)先將I16 或18 輕型工字鋼與導(dǎo)洞型鋼進(jìn)行焊接固定，利用鐵絲將每塊松木板與弧形槽鋼綁扎成整體，其余采用小型方木支撐弧形槽鋼，并在模板內(nèi)部增加斜向拉桿，加固每一層的模板，防止混凝土澆筑時(shí)出現(xiàn)跑?，F(xiàn)象。

(4)靴型大體積混凝土基礎(chǔ)在施工第三層時(shí)，預(yù)留高30 cm、寬45 cm 的縱向槽道，槽道底部預(yù)埋16 mm 厚鋼板，鋼板兩側(cè)用Φ20 螺紋鋼穿透鋼板預(yù)埋入混凝土中，單根鋼筋長(zhǎng)度20 cm，當(dāng)頂部3 -2 步開(kāi)挖時(shí)，將第一層初期支護(hù)HW200 型鋼落底于槽道中，兩側(cè)用電焊機(jī)進(jìn)行滿(mǎn)焊連接。頂端還應(yīng)預(yù)埋16 mm 厚鋼板，方便180 格柵鋼架底部與混凝土進(jìn)行有效連接。

(5)大邊墻基礎(chǔ)鋼筋施工時(shí)從第一層到第三層逐層進(jìn)行綁扎或焊接施工，層與層之間預(yù)留鋼筋進(jìn)行連接，每層鋼筋預(yù)留長(zhǎng)度不得小于50 cm。

(6)弧形模板安裝時(shí)，預(yù)留變形量15 cm，防止模板移位侵入二次襯砌和仰拱混凝土凈空。

5.4 上部及中部開(kāi)挖支護(hù)

(1)當(dāng)3 -1 導(dǎo)坑開(kāi)挖支護(hù)5 m 后，對(duì)4 -1 導(dǎo)坑開(kāi)挖支護(hù)，施工方法與步驟同3 -1 導(dǎo)坑。

(2)施工3 -1 導(dǎo)坑和4 -1 導(dǎo)坑的時(shí)候同步施工1#、2#導(dǎo)洞靴型大墻腳基礎(chǔ)混凝土。

(3)1#導(dǎo)洞靴型大墻腳混凝土施工完畢后，施工3 -2 步小導(dǎo)坑，采用人工開(kāi)挖方式進(jìn)行，并將HW200 型鋼落底于靴型大墻腳混凝土基礎(chǔ)上，上端與3 -1 導(dǎo)坑型鋼進(jìn)行螺栓連接，并進(jìn)行鋼纖維噴射混凝土支護(hù)。4 -2 步小導(dǎo)坑同上。

(4)當(dāng)3 -2 導(dǎo)坑和4 -2 導(dǎo)坑施工一段距離后，開(kāi)始進(jìn)行5 -1 導(dǎo)坑開(kāi)挖。開(kāi)挖完成后及時(shí)將3 -1 導(dǎo)坑和4 -1 導(dǎo)坑通過(guò)HW200 型鋼進(jìn)行螺栓連接，并噴射鋼纖維混凝土。

(5)第一層初期支護(hù)閉合后，及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，并根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)措施。若已收斂穩(wěn)定，當(dāng)5 -1 導(dǎo)坑開(kāi)挖進(jìn)尺達(dá)到3.2 m 后，拆除部分豎撐，并進(jìn)行第二層初期支護(hù)及180 格柵鋼架施工，噴射混凝土支護(hù)。

(6)第二層初期支護(hù)施工完畢后，及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，若已收斂穩(wěn)定，則開(kāi)始進(jìn)行5 -2 導(dǎo)坑開(kāi)挖，并逐步拆除3 -1 和4 -1 導(dǎo)坑剩余豎撐。

(7)分臺(tái)階開(kāi)挖6、7、8、9 步，每個(gè)臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3 ～5 m 之間，并逐步拆除1#、2#導(dǎo)洞型鋼。

(8)當(dāng)?shù)? 步將仰拱開(kāi)挖完成后，及時(shí)將仰拱鋼架與兩端靴型大墻腳基礎(chǔ)進(jìn)行閉合連接。

5.5 全斷面拱墻襯砌

當(dāng)仰拱初期支護(hù)施工3 m 后，及時(shí)進(jìn)行仰拱混凝土澆筑。仰拱混凝土施工6 m 后，及時(shí)進(jìn)行仰拱填充混凝土澆筑。仰拱填充施工一段距離后，及時(shí)進(jìn)行二襯臺(tái)車(chē)拼裝，進(jìn)行拱墻二次襯砌施工。襯砌臺(tái)車(chē)長(zhǎng)6.1 m，采用防水板與二襯臺(tái)車(chē)一體化設(shè)計(jì)，加寬10.3 m、8 m、6 m 段襯砌臺(tái)車(chē)均利用加寬4 m 斷面為主門(mén)架，再通過(guò)不同加寬副門(mén)架改裝而成。

圖7 不同段加寬襯砌示意圖

5.6 加寬10.3 m 段與加寬8 m 段的工序轉(zhuǎn)換步驟

(1)當(dāng)3 -1 導(dǎo)坑施工至DK268 +228 里程后，進(jìn)行加寬8 m 段的180 洞身長(zhǎng)管棚施工，不需要管棚工作室，3 -2 步無(wú)洞身長(zhǎng)管棚。

(2)當(dāng)4 -1 導(dǎo)坑施工至DK268 +218 后(考慮搭接3 m，加寬10.3 m 段該位置已施工45 m)，擴(kuò)挖管棚工作室，進(jìn)行加寬8 m 段的180 洞身長(zhǎng)管棚施工，4 -2 步無(wú)洞身長(zhǎng)管棚。

(3)長(zhǎng)管棚施工完畢后，3 -1 導(dǎo)坑通過(guò)5 m 漸變段轉(zhuǎn)入加寬8 m 段施工，4 -1 導(dǎo)坑通過(guò)突變轉(zhuǎn)入加寬8 m 段施工，一直施工至加寬6 m 段交界里程DK268 +192 為止。

(4)其中3 -2 步和4 -2 步需要待加寬8 m 段拱腳靴型大體積混凝土基礎(chǔ)施工完畢后方可進(jìn)行施工。

(5)同樣，5 -1 步施工至DK268 +218 后，擴(kuò)挖拱部管棚工作室，進(jìn)行加寬8 m 段剩余洞身長(zhǎng)管棚施工。

(6)管棚施工完畢后，通過(guò)漸變轉(zhuǎn)入加寬8 m段進(jìn)行正常施工。

(7)其余施工步驟與加寬10.3 m 段一致。

6 實(shí)施效果

1#、2#側(cè)導(dǎo)洞分別于2013 年12 月11 日和2014 年1 月10 日進(jìn)洞施工，到2014 年8 月12 日，加寬10.3 m 段37 m 二襯完成，共歷時(shí)8 個(gè)月。隧道安全、質(zhì)量和工期得到保證，受到業(yè)主好評(píng)。

圖8 隧道施工效果圖

7 施工特別注意事項(xiàng)

(1)堅(jiān)持“強(qiáng)排水、預(yù)支護(hù)、短開(kāi)挖、強(qiáng)支撐、快封閉、早成環(huán)、勤量測(cè)、速反饋”的施工原則。

(2)強(qiáng)化技術(shù)培訓(xùn)，在充分理解各施工細(xì)節(jié)的前提下，才能進(jìn)行細(xì)部的技術(shù)交底。

(3)嚴(yán)格施工過(guò)程控制。以操作質(zhì)量保工序質(zhì)量，以工序質(zhì)量保分項(xiàng)工程質(zhì)量。每一道工序必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢查驗(yàn)收，達(dá)不到要求不得進(jìn)入下一道工序施工。

(4)各部開(kāi)挖盡量采用小型機(jī)械，人工配合。一次開(kāi)挖長(zhǎng)度不超過(guò)一榀鋼架間距，及時(shí)噴砼，盡早將支護(hù)系統(tǒng)封閉成環(huán)。

［1］王曉州.大斷面黃土隧道建設(shè)技術(shù)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部. 高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2011.

［3］關(guān)寶樹(shù).軟弱圍巖隧道施工技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2012.